專利名稱:一種可以在室溫下工作的電導型氣敏傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種氣敏傳感器,特別涉及一種可以在室溫下工作的電導型氣敏傳感器。具體地說,是一種利用納米氧化鋅粒子作為氣敏膜的電導型氣敏傳感器,采用低阻的N型摻雜多晶硅作為叉指電極,該傳感器無需加熱電源,在室溫下就可以工作。
背景技術(shù):
常用的電導型氣敏傳感器需要在300℃以上的溫度下工作,才能獲得足夠的靈敏度。電導型氣敏傳感器是利用待測氣體分子與氣敏材料表面發(fā)生化學吸附或反應(yīng)引起的電荷轉(zhuǎn)移,進而導致電導率的變化來檢測氣體分子的存在的。溫度太低,反應(yīng)不能發(fā)生或反應(yīng)不明顯,因此一般的電導型氣敏傳感器工作時都需將氣敏材料加熱到300℃以上的溫度,有的還需在氣敏材料中添加催化劑。由于工作溫度高,必須配置加熱器,這樣不但能耗很大,高溫還會使叉指電極和氣敏層容易老化,特別是由于加熱器的存在,給電導型氣敏傳感器微型化、集成化帶來困難,因此如何設(shè)計一種能夠在常溫下工作、微型、而且與硅集成電路工藝兼容的氣敏傳感器,是當前氣敏傳感器研究的熱點之一。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種無需加熱裝置可以在室溫下工作的微型電導型氣敏傳感器,去除加熱器,采用N型摻雜多晶硅作為叉指電極,使叉指電極和氣敏層不易老化,延長其使用壽命,為氣敏傳感器實現(xiàn)微型化、集成化提供一種切實可行的技術(shù)方案。
一種可以在室溫下工作的電導型氣敏傳感器,包括襯底1,絕緣層2,叉指電極3,氣敏層4,其特征在于襯底1為硅單晶襯底,絕緣層2為二氧化硅絕緣層,叉指電極3采用N型摻雜多晶硅電極,其摻雜濃度大于1018cm-3,電極寬度及其間距皆為5-100μm,電極的對數(shù)不少于1對,氣敏層4為納米氧化鋅氣敏層,氧化鋅顆粒尺寸為5-35nm。本電導型氣敏傳感器適合于對納米氧化鋅氣敏層敏感氣體的檢測,如甲醛、苯、甲苯、二甲苯蒸氣等。
同現(xiàn)有技術(shù)比較,本發(fā)明的突出優(yōu)點是本發(fā)明的電導型氣敏傳感器可以在室溫下工作,不需要設(shè)置加熱器,電極采用N型摻雜多晶硅,因此使叉指電極3和氣敏層不易老化,有助于延長電導型氣敏傳感器的使用壽命,其制作工藝與硅集成電路工藝兼容,器件尺寸很小,同時為氣敏傳感器實現(xiàn)微型化提供一種切實可行的技術(shù)方案,解決了氣敏傳感器易老化、微型化中的技術(shù)難題。
圖1為本發(fā)明的電導型氣敏傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為幾種不同粒徑的納米氧化鋅氣敏層,在室溫下氣敏傳感器對室內(nèi)污染氣體之一的甲醛的敏感性的變化關(guān)系圖,圖中橫坐標為時間(秒),縱坐標為電阻相對變化。
圖3為幾種不同粒徑的納米氧化鋅氣敏層,在室溫下氣敏傳感器對室內(nèi)污染氣體之一的苯的敏感性的變化關(guān)系圖。
圖4為幾種不同粒徑的納米氧化鋅氣敏層,在室溫下氣敏傳感器對室內(nèi)污染氣體之一的甲苯的敏感性的變化關(guān)系圖。
圖5為幾種不同粒徑的納米氧化鋅氣敏層,在室溫下氣敏傳感器對室內(nèi)污染氣體之一的二甲苯的敏感性的變化關(guān)系圖。
具體實施例方式
實施例1一種可以在室溫下工作的電導型氣敏傳感器,其如結(jié)構(gòu)圖1所示,襯底為硅片,用標準集成電路清洗工藝清洗;清洗后的硅片在高溫下氧化,氧化溫度為1000℃,時間為2小時,在硅片表面形成一層二氧化硅絕緣層,絕緣層厚度為55nm;絕緣層上用常規(guī)工藝沉積一層的摻磷的多晶硅膜,摻雜濃度大于1018cm-3;再用常規(guī)的光刻、掩模工藝,在多晶硅膜中形成叉指電極,電極對數(shù)目為10對,電極寬度及其間距為5μm;在形成摻雜多晶硅電極后的硅片上沉積一層納米氧化鋅薄膜,作為氣敏層,氧化鋅顆粒尺寸為5nm。本傳感器外形尺寸僅為1×0.3×0.3mm(不包括引線)。
實施例2一種可以在室溫下工作的電導型氣敏傳感器,其如結(jié)構(gòu)圖1所示,襯底為硅片,用標準集成電路清洗工藝清洗;清洗后的硅片在高溫下氧化,氧化溫度為1000℃,時間為2小時,在硅片表面形成一層二氧化硅絕緣層,絕緣層厚度為80nm;絕緣層上用常規(guī)工藝沉積一層的摻磷的多晶硅膜,摻雜濃度大于1018cm-3;再用常規(guī)的光刻、掩模工藝,在多晶硅膜中形成叉指電極,電極對數(shù)目為8對,電極寬度及其間距為25μm;在形成摻雜多晶硅電極后的硅片上沉積一層納米氧化鋅薄膜,作為氣敏層,氧化鋅顆粒尺寸分別為5nm、20nm、25nm、35nm,本傳感器外形尺寸僅為1×1×1mm(不包括引線)。上述不同粒徑的納米氧化鋅氣敏層的電導型氣敏傳感器,在室溫下傳感器對甲醛蒸氣的敏感性的變化關(guān)系示于圖2。
實施例3一種可以在室溫下工作的電導型氣敏傳感器,氧化鋅顆粒尺寸分別為20nm、25nm、35nm,本傳感器外形尺寸為1×1×1mm(不包括引線),其余與實施例2相同。上述不同粒徑的納米氧化鋅氣敏層的電導型氣敏傳感器,在室溫下傳感器對苯蒸氣的敏感性的變化關(guān)系示于圖3。
實施例4一種可以在室溫下工作的電導型氣敏傳感器,氧化鋅顆粒尺寸分別為20nm、25nm、35nm,本傳感器外形尺寸為1×1×1mm(不包括引線),其余與實施例2相同。上述不同粒徑的納米氧化鋅氣敏層的電導型氣敏傳感器,在室溫下傳感器對甲苯蒸氣的敏感性的變化關(guān)系示于圖4。
實施例5一種可以在室溫下工作的電導型氣敏傳感器,氧化鋅顆粒尺寸分別為20nm、25nm、35nm,本傳感器外形尺寸為1×1×1mm(不包括引線),其余與實施例2相同。上述不同粒徑的納米氧化鋅氣敏層的電導型氣敏傳感器,在室溫下傳感器對二甲苯蒸氣的敏感性的變化關(guān)系示于圖5。
實施例6一種可以在室溫下工作的電導型氣敏傳感器,其如結(jié)構(gòu)圖1所示,襯底為硅片,用標準集成電路清洗工藝清洗;清洗后的硅片在高溫下氧化,氧化溫度為1000℃,時間為2小時,在硅片表面形成一層二氧化硅絕緣層,絕緣層厚度為120nm;絕緣層上用常規(guī)工藝沉積一層的摻磷的多晶硅膜,摻雜濃度大于1018cm-3;再用常規(guī)的光刻、掩模工藝,在多晶硅膜中形成叉指電極,電極對數(shù)目為2對,電極寬度及其間距為100μm;在形成摻雜多晶硅電極后的硅片上沉積一層納米氧化鋅薄膜,作為氣敏層,氧化鋅顆粒尺寸為20-35nm。本傳感器外形尺寸僅為1.2×1×1mm(不包括引線)。
權(quán)利要求
1.一種可以在室溫下工作的電導型氣敏傳感器,包括襯底(1),絕緣層(2),叉指電極(3),氣敏層(4),其特征在于襯底(1)為硅單晶襯底,絕緣層(2)為二氧化硅絕緣層,叉指電極(3)采用N型摻雜多晶硅電極,其摻雜濃度大于1018cm-3,電極寬度及其間距皆為5-100μm,電極的對數(shù)不少于1對,氣敏層(4)為納米氧化鋅氣敏層,氧化鋅顆粒尺寸為5-35nm。
全文摘要
一種可以在室溫下工作的電導型氣敏傳感器,其特征在于襯底(1)為硅單晶襯底,絕緣層(2)為二氧化硅絕緣層,叉指電極(3)采用N型摻雜多晶硅電極,氣敏層(4)為納米氧化鋅氣敏層。同現(xiàn)有技術(shù)比較,本發(fā)明具有以下突出的優(yōu)點本發(fā)明的電導型氣敏傳感器可以在室溫下工作,不需要設(shè)置加熱器,電極為摻雜多晶硅,使叉指電極和氣敏層不易老化,有助于延長氣敏傳感器的使用壽命,尺寸很小,同時為氣敏傳感器實現(xiàn)微型化提供一種切實可行的技術(shù)方案,解決了氣敏傳感器微型化中的一大技術(shù)難題。
文檔編號G01N27/407GK1601269SQ20041006754
公開日2005年3月30日 申請日期2004年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月25日
發(fā)明者季振國, 趙士超, 孫蘭俠 申請人:浙江大學